空间选择性降噪法提取血流超声多普勒信号

医学超声多普勒系统的高通滤波器在消除血管壁搏动带来的回波干扰时,也滤除了低速血流信息。为提取完整的血流超声多普勒信号,提出一种基于空间选择性降噪的方法。根据血管壁超声多普勒信号在小波尺度空间上的相关性,采用空间选择性降噪技术对管壁信号进行初步估计;然后用小波阈值滤波法消除管壁信号中残留的血流信号;最后从混合信号中减去管壁信号得到血流信号。对计算机仿真超声多普勒信号和人体颈总动脉超声多普勒信号应用本方法,实验结果表明:空间选择性降噪法能在较大的管壁／血流功率比范围内提取完整的血流信号,其平均相对误差比高通滤波器的结果降低了约45％。该方法有望成为超声多普勒系统中滤除管壁信号的一种有效方法。     

改进的经验模态分解法分离超声多普勒血流与管壁信号

超声多普勒血流信号常包含管壁信号的干扰,准确分离二者对提高血流检测的精度具有重要作用。本文提出两种改进的经验模态分解(EMD)方法,先将含管壁信号的超声多普勒信号分解成多层本征模态函数(IMF),然后根据血流信号与管壁信号的不同特性,对既含管壁信号又含血流信号的IMF分量进行分离处理,最后将各层IMF分量中的管壁成分叠加得到管壁信号的估计,而血流信号可通过原信号减去估计的管壁信号而得到。将本方法用于计算机仿真信号和人体实测的超声多普勒信号,并与高通滤波器法、空间选择性降噪法和原EMD法进行比较,结果表明:本文提出的两种方法能在较大的管壁搏动速度范围内准确地分离血流信号和管壁信号,其平均相对误差比高通滤波器的结果降低了约52%和57%。可见,本文提出的两种方法有望用于血流信号与管壁信号的准确分离。      

基于主元分析的超声多普勒栓子信号检测

提出基于主元分析的超声多普勒栓子信号检测方法,先从超声多普勒信号中提取出主元成分并获得相应的特征参数, 再结合时域的特征参数对栓子、干扰噪声和正常血流信号进行分类。通过对300例仿真超声多普勒信号和168例临床采集的脑动脉超声多普勒血流信号进行分析,结果表明:主元分析方法对仿真信号和临床信号的最小误判率分别为2％和5％,其分类的准确率相比常规的时域检测方法有了较大提高。可见,基于主元分析的超声多普勒栓子检测方法具有较高的检测率,克服了常规的时域和频域检测方法中由于干扰噪声的影响和频谱分析中时频分辨率的矛盾导致的灵敏度不高的局限,有望用于栓子的临床自动检测。     

含管壁搏动的超声多普勒血流信号仿真

基于血流和血管壁的物理模型,提出了对包含血管壁搏动的超声多普勒血流信号进行计算机仿真的方法。实验中生成了不同采样容积下的超声多普勒仿真信号,通过计算仿真信号的平均频率曲线,并与给定值进行比较,证明了方法的有效性。该方法的提出,为进一步研究分离血流信号和管壁搏动信号的方法提供了方便有效的信号源。     

双向血流超声多普勒信号的小波降噪

利用小波框架结合软阈值的方法对表征双向血流的超声多普勒信号进行降噪。为了避免软阈值非线性处理对双向血流多普勒信号方向表征的影响,先对超声多普勒信号进行方向分离,然后对分离后的信号分别进行小波降噪,最后合成降噪后的双向血流超声多普勒信号。对计算机仿真的股动脉超声多普勒血流信号的降噪实验结果分析表明:本方法在不影响双向血流信息的前提下,提高了多普勒信号的信噪比、最大频率曲线和平均频率曲线的估计精度。仿真实验的结果证明了本方法可以用于双向血流超声多普勒信号的降噪。     

基于动态规划的超声多普勒信号最大频率曲线提取

提出一种基于全局优化的动态规划算法以进行超声多普勒血流信号最大频率曲线的提取。并将该方法分别应用于仿真的超声多普勒信号和实际采集的多普勒血流信号,在信噪比小于20 dB的较强噪声背景下,基于动态规划方法提取的最大频率曲线较之传统方法提取的结果,相对误差最多可减小20倍以上。在强噪声背景下的估计精度明显高于其它方法,显示出基于动态规划的最大频率曲线提取算法具有较好的抗噪声性能。结果表明:基于全局优化的动态规划算法能够从较强噪声背景中准确提取超声多普勒血流信号的最大频率曲线,并可进一步用于诊断血管疾病。     

基于投影寻踪的超声彩色血流成像杂波抑制方法

为抑制超声彩色血流成像(CFI)中杂波信号对血流速度估计的影响,提出一种基于投影寻踪(PP)的杂波抑制方法。根据回波信号的时域特性,采用投影寻踪法提取主元以降低主元对非血流区域的高强度杂波的敏感度;然后在特征向量空间去除估计得到的杂波成分,从而获得血流信号。将本方法用于计算机仿真信号和人体实测信号。结果表明:与传统的高通滤波器法相比,本方法能更好地保持流速剖面的完整性和血流轮廓;与特征向量法相比,在近似的流速完整度下本方法在非血流区域产生的误差较少,血管内外能量比高出特征向量法约5dB,能够有效地提高彩色血流成像的质量。      

无造影剂增强的超快超声脊髓微血管成像方法

微小血管及其血流实时成像对监测生物体血氧代谢等具有重要意义.在无微泡造影剂的情况下,传统超声多普勒技术仍较难实现高信噪比的微小血管成像.本研究提出了一种无造影剂增强的超快超声脊髓微血管成像方法.本研究从基于多角度复合平面波的高帧频成像技术出发,提出基于特征值分解的频率-幅值双阈值滤波法,从而将脊髓组织信号和微血流信号分离,可实现脊髓内微血流的动态成像.在体成像实验结果表明,无超声造影剂时,超快超声多普勒成像技术仍可获得较为清晰的大鼠脊髓内微血流的实时图像,并能够清晰地呈现脊髓受损所致的微血流缺失状况.定量分析结果表明,增大复合平面波角度数可有效提高图像的信噪比.综上,超快超声多普勒成像技术有潜力被应用于脊髓内微血管成像及功能实时监测与动态评价,相关结果可为脊髓功能成像方法的研究提供借鉴.     

基于时间反转的骨裂纹超声成像模拟研究

提出了一种结合超声非线性和时间反转技术进行长骨中裂纹成像的技术.骨裂纹的超声散射信号中包含非经典非线性成分.从时反阵列接收的探测信号中,经滤波得到三次谐波;然后利用时间反转技术来对裂纹区域进行聚焦成像.在计算机仿真实验中,基于Preisach-Mayergoyz(PM)模型模拟了单个及两个骨裂纹产生的非线性信号,实现了时间反转的非线性成像,并讨论了裂纹的深度位置对成像结果的影响.该方法为骨裂纹的超声无损检测提供了一种新技术.     

小波分析方法在动态响应分析中的应用

小波分析是20世纪80年代后期发展起来的数学方法，作为—种全新的信号处理方法，它将各种不同频率成分组成混合信号分解到不同的频率段上，有效地用于信号滤波和信噪分离。在工程中常用的信号滤波方法一般有低通、带通、高通滤波，它们都只是提取信号某一频率段的成分，不能同时给出各个不同频率段的成分，因此所得到的信号其信息量不够完整。而小波变换能同时给出各个频率段的成分，其信息量是完整的。如图1所示。     

金属杆内疲劳裂纹与振动/超声相互作用及其定量表征

根据同步解调的原理,考察振动声调制检测输出信号中的调制成分,对金属杆内振动/超声在裂纹面上的相互作用进行了分析.制作了含有不同尺寸裂纹的铝杆试样,以扫频激励的方式得到合适的高频激励参数,分析输出信号中的调制信息,发现工件中的高频超声可分为两部分:一部分声波通过裂纹面,受到低频振动信号的调制,另一部分则保持不变。在此基础上对非线性调制模型进行了修正,并提出了一种用于裂纹检测的定量方法。与超声C扫描检测结果对比表明,此定量方法可用于估计金属杆中疲劳裂纹尺寸。      

超声动态向量血流成像的产品化实现

传统超声彩色多普勒成像测量的是血流沿超声传播方向上的速度分量,故无法得到垂直于超声传播方向的血流。向量血流成像是一种更加先进的超声血流成像技术。它不受角度限制,可以直接计算出血流速度的大小和方向。本文总结了现有多种超声向量血流成像技术的特点和发展情况,并从产品化实现的角度分析了各项技术的优缺点。从超声系统发射接收、血流成像、向量速度方向合成、显示等几个方面详述了迈瑞超声向量血流成像技术产品化实现过程中遇到的主要问题及解决方案。实验采用了中科院声学所研制的超声多普勒仿血流体模,通过向量血流成像和脉冲多普勒成像分别测量体模的仿血流速度。将向量血流成像直接计算出来的速度值与脉冲多普勒经过角度校正得到的速度进行对比。在不同条件下,经过多次测量,二者的平均相对误差均在10%以内。     

基于经验模态分解滤波的低频振荡Prony分析

传统Prony法在分析低频振荡时对输入信号要求较高,存在着对噪声敏感的弱点.因此提出一种经验模态分解滤波和改进Prony法相结合的低频振荡分析方法.该方法先用经验模态分解对低频振荡信号进行自适应滤波,再用改进Prony法对滤波后的信号进行分析.其中,改进Prony法有效阶数用归一化奇异值法确定.将该方法分别用于分析试验信号和IEEE 4机系统振荡信号,并与基于低通滤波器的Prony分析进行比较.结果表明,在较大噪声环境下,该方法仍然能相对准确的辨识出低频振荡主导模式,验证了其有效性. 关键词： 低频振荡 经验模态分解 改进Prony法 归一化奇异值法     

基于粒子滤波的高阶运动目标激光探测微动参数估计

为精确估计高阶运动状态下的目标微动参数,实现目标精细识别,提出一种基于相位信息的分离估计方法。通过对解卷绕得到的真实相位进行求导,消除信号中的多项式相位信号项,实现目标运动和微动分量的分离。针对包含多维微动参数的正弦调频项,提出改进的粒子滤波静态参数估计方法,通过设计自适应方差法和变化粒子数提升了算法效率,通过设计累积残差作为观测概率密度函数,实现了对非线性模型中多维参数的同时估计。仿真和实验分析验证了算法的有效性和必要性。算法通过对相位进行处理降低了原始信号的非线性程度,减少了计算量,具有较强的抗噪性能。基于粒子滤波的微动参数估计方法减少了估计流程,避免了误差传递效应,提高了估计精度。     

一种适用于超声多普勒血流速度测量的混沌调频连续波的研究

虽然脉冲多普勒系统测量血流速度时,能够确定距离,但可测速度范围受频率混淆限制,同时多普勒信号的信噪比差．连续波多普勒系统提供了较高的多普勒信号的信噪比,并没有可测速度限制,但无法提供距离信息．线性调频及正弦调频连续波测量系统,能够提供拥有距离信息的高信噪比多普勒信号,同时杂波功率低,但由于多普勒信号频谱具有周期性,存在一定的距离模糊．针对存在的问题,提出基于混沌调频连续波的超声多普勒血流速度测量方法,它不仅具有较高的信噪比,而且由于多普勒信号频谱无周期性,因此不存在距离模糊．经过原理分析及仿真实验,验证了混沌调频连续波的有效性．     

基于小波包的血栓超声多普勒信号检测

提出了基于小波包分解的血栓超声多普勒信号检测方法。利用小波包分解血栓多普勒信号,计算每一子带信号的时间散度,并从中提取与血栓敏感的特征参数进行分类。利用本方法对300例仿真多普勒信号和163例临床采集的大脑中动脉多普勒信号进行分析,得到的检测总误判率比用传统声谱分析方法降低约13％。表明:该方法有效克服了传统声谱分析法中短时傅里叶变换存在的时频分辨率矛盾,提高了血栓多普勒信号自动检测的准确性,可为临床检测血栓提供更为可靠的参数。     

三层膜管壁结构的颈动脉超生仿真

颈动脉超声仿真 有助于血管壁超声检测及信号处理方法的性能评价。提出三层膜管壁结构的颈动脉超声仿真方法。根据组织散射点分布的形状和密度与超声回声斑点分布的变化规律,对临床图像统计分析,确定对应组织散射点分布、密度及强度等特征参数,利用FIELD II产生超声射频回波信号并得到B超图像。30 例仿真试验结果表明,血管壁内、中、外膜及血流回声的统计分布与临床B超图像的一致;与中心频率为8 MHz的结果相比,12 MHz仿真的内、中、外膜厚度及管腔直径测量均值与预设值相等,最大相对误差分别为4.01%, 1.25%, 0.04%及0.15%,仿真效果更为逼真。      

基于经验模态分析的故障诊断方法及应用研究

为实现对微弱动态响应的准确辨识及故障状态的早期诊断,提出了基于经验模态分析的故障诊断方法,将模态分解、互信息熵与主元分析结合,故障特征更凸显,方法更有效。首先模态分解,得到一系列固有模态分量,利用互信息熵判断所有固有模态分量的高低频分界点并对高频分量自适应阈值去噪。将去噪后的所有高频分量和低频分量主元分析,计算各主元的峭度值,选取峭度值大的分量求时频谱得故障频率,从而确定故障。将该方法应用到含有高频环境噪声的轴承故障信号中诊断可靠、准确。     

接触缺陷的振动调制超声导波检测技术研究

针对常规线性超声检测方法无法实现板结构接触类缺陷(如微裂纹、脱粘等)检测问题,将超声导波技术与振动声调制技术相结合,利用稀疏分布传感器发展了一种板结构中接触缺陷非线性超声检测方法。通过低频振动改变缺陷的接触状况,使得通过接触面的高频导波信号的相位和幅值受到调制。对受低频振动调制的超声导波二维时间序列进行时频分析,由于接触类缺陷的存在,在振动调制超声导波序列的时频分布上出现明显的低频振动频率分量。利用提取出的低频振动频率下的超声导波信号,进行了结构接触缺陷成像处理。检测试验表明,基于振动声调制的超声导波缺陷成像方法可以实现结构中的接触类缺陷检测。      

超声阵列的多频脉冲压缩方法研究

脉冲压缩方法通过采用编码信号激励与脉冲压缩接收来提高超声检测的时间分辨率和信噪比。然而,受换能器带宽的限制,编码信号的时间带宽积往往有限,影响脉冲压缩效果。开展了基于超声阵列的多频脉冲压缩方法研究,超声阵列是由具有不同中心频率和带宽的多个阵元组成,从而使得整个阵列具有比单个换能器更宽的带宽。提出了压缩后叠加取包络的脉冲压缩方法,并研究了这种方法在提高时间分辨率和主副瓣比上的技术方案,对多频脉冲压缩的超声阵列进行了设计与优化,发现多频脉冲压缩方法能很大程度地提高时间分辨率,并能有效地抑制各阵元信号叠加产生的周期副瓣。理论和实验结果表明,这种压缩后叠加取包络的方法得到的时间分辨率在性能上受阵元带内不平整度的影响很小,能使阵元压缩包络中的主副瓣比得到明显改善。